ETI 11-2023 Masterarbeit zur Modellierung von Lithium-Ionen-Batterien mithilfe elektronischer Impedanz-Spektroskopie

Die zur Abmilderung des Klimawandels eingeleitete Energiewende lässt die Nachfrage an Energiespeichern drastisch steigenden. Lithium-Ionen-Batterien (LIB) bieten sehr hohe Energiedichte, Leistungsdichte und Zyklenfestigkeit. Nach aktuellem Stand der Zelltechnologie können die Anforderungen der Hochleistungs- und Hochenergieanwendungen wie z.B. Elektrofahrzeuge nur durch die seriellen und/oder parallelen Zusammenschaltung mehrerer Zellen erfüllt werden. Die elektrochemische Impedanzspektroskopie (EIS) kann wertvolle Informationen über die internen Prozesse der Batterie liefern und ist somit hilfreich bei der Modellierung von Batterien. Sie ist neben der Betrachtung des Lade- und Entladeverhaltens eine der wenigen nicht-invasiven zusätzlichen Messmethoden im Bereich der Batterietechnik. Dadurch ist diese Methode wichtiger Baustein für Second-Life-Anwendung, welche die Nachhaltigkeit von Lithium-Ionen-Batterien deutlich erhöhen kann.

Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung eines Modells von LIB und die Entwicklung eines Algorithmus zur Bestimmung der Modellparameter mithilfe EIS. Dabei werden nicht nur die einzelnen Zellen, sondern auch die elektrischen Komponenten der Batterie untersucht und nachgebildet.

Im Batterielabor des ETI soll ein Batteriemodul Stück für Stück aufgebaut und in jeder Aufbaustufe mithilfe EIS untersucht. Parallel wird ein Batteriemodel in Matlab/Simulink entwickelt und parametrisiert. Das entwickelte Model wird anhand neuer Batterietests validiert.

Im Einzelnen umfasst die Arbeit folgende Punkte:

• Literaturrecherche
• Aufbau eines eigenen Batteriemoduls
• Modellierung des elektrischen Verhaltens einer Batterie mit Matlab/Simulink
• Durchführung von EIS-Batterietests
• Parametrierung des Models anhand Testdaten
• Validierung des Models

Persönliche Qualifikation

Studiengang: Elektrotechnik, Physik
Schwerpunkte: Theorie, Literatur, Simulation, Programmierung, Hardware und Versuche

Organisationseinheit

Vertragsdauer

6 Monate

Fachliche/r Ansprechpartner/in

Fachliche Auskünfte erteilt Ihnen gerne Herr Dr.-Ing. Kupper, E-Mail: christian.kupper@kit.edu oder Herr Kalk, E-Mail: alexis.kalk@kit edu.